ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСОВ КРИВИЗНЫ Советский патент 1939 года по МПК G01B5/20 

Уже известны приборы для измерения радиуса кривизны по трем точкам, в которых использованы три циркульные ножки, две из которых предназначен для установки по концам охватываемой дуги, а третья (средняя) - по ее высоте, а также циферблат со стрелкой, поворачиваемой зубчатореечной передачей при раздвигании ножек прибора.

Настоящий прибор отличается тем, что при измерении радиусов кривизны различных кривых сохраняется постоянной для данного прибора высота дуги. Это достигается тем, что средняя ножка жестко связана с обоймой, остающейся неподвижной при раздвигании крайних ножек, штифты которых скользят в эллиптических прорезях обоймы средней ножки.

На чертежах фиг. 1 изображает основания устройства прибора; фиг. 2 - схема устройства прибора; фиг. 3 - вид прибора спереди со снятым циферблатом; фиг. 4 - вид прибора спереди с циферблатом; фиг. 5 - продольный разрез прибора; фиг. 6 - вид его сзади; фиг. 7 - устройство ножек для случая измерения вогнутых поверхностей; фиг. 8 и 8¹ - устройство средней ножки; фиг. 9 - построение прямолинейной шкалы; фиг. 10 - построение круговой шкалы.

Применяя элементарные выкладки и пользуясь треугольниками ЕСО и ACD по фиг. 1, возможно вывести соотношение между радиусом кривизны кривой АСВ и хордой АВ, стягивающей эту дугу, а именно:

где R - радиус кривизны кривой, L - длина хорды, стягивающей дугу, и Н - наибольшее расстояние дуги от хорды. При Н постоянном R является функцией одного L; последнее и принято в основу конструкции предлагаемого прибора.

На фиг. 2 показана кинематика предлагаемого прибора на примере измерения радиусов (R₁ и R₂) двух окружностей, имеющих общую точку О, причем для обеих окружностей точка О является вершиной дуги, охватываемой прибором.

Прибор одной из своих ножек устанавливается в точке О, а две его другие ножки А и В могут быть расположены соответственно в точках А и В или А′ и В′, причем последние четыре точки должны находиться на одной прямой, параллельной прямой MN - касательной к окружности в точке О.

Для осуществления последнего условия, точки А и В связаны между собой механически шарнирным параллелограмом I в точке С, а в точках D и Е - с неподвижной точкой О. Благодаря этой связи обеспечено перемещение точки С по прямой ОС при изменении расстояния между точками А и В.

Следует отметить, что прямая ОС в данном случае является нормалью к измеряемым окружностям в точке О, т.е. она перпендикулярна как прямой MN - касательной к окружностям в точке О, так и к прямой А′В′ - параллельной MN.

Как видно из фиг. 2, точки A, D и С расположены на одной прямой; точно так же расположены и точки В, Е и С, причем эти прямые своими концами расположены на двух взаимно перпендикулярных прямых (ОС и А′В′).

Как известно из аналитической геометрии, каждая точка прямых АС или СВ, концы которых скользят но сторонам прямого угла, имеет своей траекторией некоторый эллипс, полуоси которого определяются положением рассматриваемой точки на одной из этих прямых.

Принятием на прямых АС и ВС некоторых точек D и Е и установлением между ними такой механической связи, благодаря которой их движение возможно лишь по определенным эллиптическим траекториям, при которых точки А и В будут перемешаться по прямой А′В′, задача, поставленная перед конструкцией прибора, основанного на вышеизложенном принципе, разрешена.

На фиг. 3 показан предлагаемый прибор, в полусобранном виде (со снятой указательной стрелкой и циферблатом). Основными частями прибора являются обойма 1 со средней ножкой и боковые ножки 2. В верхней части обоймы имеются прорези 3, в которых могут перемещаться штифты 4, жестко соединенные с ножками 2. Сами ножки 2 в верхней своей части соединены шарнирно по образцу обычных чертежных циркулей (с внутренней шайбой, осуществляющей шарнирный параллелограм).

Форма прорезей 3 зависит от расположения штифтов 4 на ножках; в данной конструкции они приняты расположенными посередине длины ножки; поэтому эллиптическая траектория штифтов обращается в окружность с центром в точке K (фиг. 3 и 2).

При раздвижении боковых ножек 2 радиусомера штифты 4, перемещаясь в прорезах 3, увлекают за собой зубчатые рейки 5.

На фиг. 3 прибор показан в положении, когда ножки его максимально сведены. При наибольшем растворении ножек зубчатые рейки займут положение, показанное на фиг. 3 пунктиром.

При своем перемещении рейки 5, сцепляясь с зубчатым колесом 6, вращают его и тем самым поворачивают указательную стрелку, сидящую на оси зубчатого колеса.

Для обеспечения перемещения зубчатых реек 5 по концентричным окружностям и обеспечения тем самым правильного их сцепления с колесом 6, они снабжены штифтами 7, перемещающимися в соответствующих направляющих прорезах 8.

Отверстия 9 служат для укрепления обоймы, являющейся опорой для верхнего конца оси зубчатого колеса. Приливы 10 служат для прикрепления к ним шкалы прибора.

На фиг. 4, 5 и 6 показан общий вид прибора в собранном виде. На этих фигурах пунктиром показан кожух для механизма прибора, чтобы предохранить его от порчи и загрязнения.

Для использования прибора в чертежном деле достаточно нижнюю точку обоймы и концы ножек снабдить иглами, а у верхнею шарнира приделать вращающийся ролик (по типу планиметров).

Приведенная на чертеже конструкция прибора пригодна для измерения радиусов кривизны выпуклых поверхностей и кривых, для измерения же вогнутых поверхностей и кривых должна быть изменена лишь длина ножки обоймы, так как она должна быть длиннее боковых ножек в соответствии с обратной кривизной измеряемых поверхностей и концы ножек должны быть обращены наружу (фиг. 7). В остальном прибор не требует каких-либо изменений. Для придачи прибору универсальности ножка обоймы может быть сделана либо сменной, либо конец ее может быть поворотным с неравными длинами плеч.

Наконец, возможен вариант упрощенной конструкции предлагаемого прибора без зубчатых передач шкалы и стрелки. Такой прибор будет состоять лишь из обоймы 1 с прорезями 3 и ножками 2 со штифтами, но желательно снабдить прибор стопорной дугой по типу разметочных циркулей слесарных или столярных или школьных классных циркулей.

Как в первом, так и во втором варианте прибором непосредственно измеряется лишь длина хорды, охватываемой кривой; эта длина является аргументом, функцией которого является величина радиуса данной окружности.

В виду того, что зависимость между длиной хорды и величиной радиуса - квадратичная, шкала для отсчета радиуса получается неравномерной.

Построение шкалы по указанной выше формуле прямолинейной для упрощенной конструкции радиусомера и круговой для нормальной его конструкции не представляет каких-либо трудностей.

На фиг. 9 показано построение прямолинейной шкалы прибора; на фиг. 10 - круговой. Как видно из этих чертежей нормальная конструкция радиусомера дает большую точность измерений, чем упрощенная, так как одним и тем же пределом измерений прибором в первом случае соответствует шкала примерно вдвое длиннее, нежели во втором.

Прибор для измерения радиусов кривизны по трем точкам, состоящий из трех циркульных ножек, две из коих предназначены дли концов охватываемой дуги, а третья для установки по ее высоте, и циферблата со стрелкой, поворачиваемой зубчато-реечной передачей при раздвигании ножек прибора, отличающийся тем, что с целью сохранения охватываемой высоты дуги, постоянной для данного прибора, средняя ножка жестко связана с обоймой 1, остающейся неподвижной при раздвигании боковых ножек, а последние снабжены штифтами 4, могущими перемещаться в эллиптических прорезях обоймы 1.